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Universidad San Pablo CEU1

Introducción. Concepto de quiralidad. Centros estereogénicos. Atomos de carbonoasimétricos. Enantiomería. Relación entre enantiomería y actividad óptica.Especificación de la configuración absoluta. Moléculas con más de un centroestereogénico. Diastereómeros. Formas meso.

Tema 3Estereoquímica


Fórmula molecular: C6H14

2-metilpentano 3-metilpentano

Fórmula molecular: C7H14

cis-1,2-dimetilciclopentano trans-1,2-dimetilciclopentano

Isomeros

Constitucionales Estereoisómeros

Introducción

La estereoquímica estudia la estructura tridimensional de una molécula.


Quiralidad Cheir (χειρ) Mano

Una molécula (u objeto) que no es superponible con su imagen especular se dice que es QUIRAL

Mano izquierda Mano derecha No superponiblesEspejo

Quiralidad

Objetos y moléculas quirales y aquirales


Rotamos la molécula para alinear enlaces

Moléculas aquirales

Una molécula (u objeto) que es superponible con su imagen especular se dice que es AQUIRAL

Espejo

H2O esaquiral

Espejo

CH2BrCl esaquiral


Estos enlaces y átomos no se superponen

CHBrClF es quiral

Centros estereogénicos

• carbono asimétrico• centro estereogénico

Una molécula (u objeto) que no es superponible con su imagen especular se dice que es QUIRAL

Espejo


• Elementos de simetría: plano de simetría

CH2BrCl esaquiral

CHBrClF esquiral

Alineamos los enlaces C-Cl y C-Br en cada molécula

Plano de simetría No tiene plano de simetría

CH2BrCl CHBrClF


Una molécula con UN centro estereogénico será siempre quiral

• S, N, P, S

Moléculas con centros estereogénicosdiferentes al carbono

cloruro de etilfenilisopropilamonio


• Enantiómeros: estereoisómeros que son imagen especular uno de otro.• Los enantiómeros poseen la misma constitución pero diferente

configuración.• La configuración es la disposición de sus átomos en el espacio,

Receptor

Importancia biológica de la existencia de enantiómeros


Ejemplos en compuestos naturales y fármacos

(R)-Fluoxetina(antidepresivo)

(S)-Ibuprofeno(antiinflamatorio)

(R)-Naproxeno(tóxico hepático)

(S)-Naproxeno(antiinflamatorio)


Ejemplos en compuestos naturales y fármacos

(R)-Talidomida(antiemético, sedante)

Talidomida

(S)-Talidomida(teratógeno)

Taxol(agente antitumoral)


• La luz polarizada• El polarímetro.• Compuestos ópticamente activos.

Actividad óptica


• Si la rotación es hacia la derecha la sustancia es dextrógira o dextrorrotatoria(d) y a α se le asigna un valor (+). Si la rotación es hacia la izquierda lasustancia es levógira o levorrotatoria (l) y a α se le asigna un valor (-).

• Dos enantiómeros: enantiómero A: + 5º enantiómero B: – 5º

• Mezcla al 50% o racémico. Un racémico es ópticamente inactivo.

Rotación específica = α D25 ºC

=α

l x c

α = rotación observadal = longitud del tubo de muestra en dmc = concentración de la muestra en g/ml

Rotación específica [α] es una constante física estandarizada

ac. (S)-(+)-láctico[α]D25 +3.8º

ac. (R)-(-)-láctico[α]D25 -3.8º


Nomenclatura de la configuración absoluta de un centro estereogénico• Paso [1] Ordene los cuatro átomos unidos al centro

REGLAS de Cahn-Ingold-Prelog

1. Tiene prioridad el átomo con mayor número atómico (si se trata de isótoposel de masa superior)

Isótopo Masa atómica Prioridad

T (tritio) 3 (1 protón + 2 neutrones) 1

D (deuterio) 2 (1 protón + 1 neutrón) 2

H (hidrógeno) 1 (1 protón) 32. Si dos átomos unidos al centro estereogénico son idénticos, la prioridad se

asigna considerando el número atómico de los átomos unidos a ellos.


3. Un enlace múltiple, doble o triple, se considera como dos o tres enlacessencillos con átomos idénticos.

COH

OC

O

O CO

H

C N CN

NN

CCCH3

CH2

CC

CC

C CH

CC

CC

H HH

HHC

C

(en rojo para indicar que está repetido y que por ahí no se puede seguir la secuencia)

carboxilo

ciano isopropenilo

fenilo

CC

CC

C CH

CHC

C CH

etinilo

C C O CO

H

equivale a

formilo

O

H

equivale a

equivale a

equivale a

equivale a

equivale a

carboxilo > formilo > ciano > fenilo > etinilo > isopropenilo


Paso [2] Oriente la molécula con el grupo de menor prioridad (4) lo más alejadodel observador (hacia atrás) y vea la orientación de los tres gruposrestantes

Enantiómero A

Enantiómero B

Paso [3] Se traza un círculo que vaya 1 2 3.• Si sigue el sentido de las agujas del reloj: configuración R (Rectus)• Si sigue el sentido opuesto a las agujas del reloj: configuración S

(Sinister)


Otros ejemplos:

El intercambio de dos grupos en una molécula que tenga un único centroestereogénico, la convierte en su enantiómero.

H

FClBr

Br

FClH

S

CH2CH3

CH3HBr

CH2CH3

CH3BrH

R

COOH

HH3CH2N

COOH

NH2H3CH

S

1

23

un cambio

4

1

2

3

un cambio

4

1

2

3

4

un cambio

R-bromoclorofluormetano S-2-bromobutano ac. R-2-aminopropanoico


(R)-(-)-2-butanol[α]D25 -13.5º

(R)-(+)-cisteína[α]D23 +5.2º

(R)-(-)-2-cloro-1-propanol[α]D19 -17.5º

El signo es independiente de la configuración.Es una medida experimental.

El carácter dextrógiro o levógiro de un compuesto es independiente de que su configuración sea R o S, (D o L)Es una medida experimental que no se puede predecir.


Las reglas de C-I-P aplicadas a alquenos. Nomenclatura Z-E

• La nomenclatura cis,trans no es adecuada en muchos casos• Se asigna la prioridad a los grupos unidos a a cada carbono del doble enlace

usando las reglas de Cahn-Ingold-Prelog

• Grupos de mayor prioridad hacia el mismo lado, Z (por zusammen)• Grupos de mayor prioridad en lados opuestos, E (por entgegen)

(E)-3-metil-2-penteno (Z)-3-metil-2-penteno


2S3R 2R3S 2R3R 2S3S

Moléculas con dos centros estereogénicos

Los diastereómeros son estereoisómeros que NO son imágenes especulares

• Con n centros estereogénicos, el número máximo de estereoisómeros es 2n.• El 2,3-dibromopentano


2R3R2S3S RS

• El 2,3-dibromobutano

Moléculas con dos centros estereogénicos.Formas meso

La forma meso de un compuesto tieneestereocentros pero no quiralidad porla existencia de simetría interna


Proyecciones de Fischer

S-alanina(L-alanina)

S-gliceraldehido(L-(-)-gliceraldehido)

D-glucosa D-fructosa


1. El observador se sitúa entre los enlaces que quedan hacia fuera y haciadentro del plano del papel.

2. Se dibuja una cruz.3. En la línea horizontal se ponen los grupos que están situados fuera del plano..4. En la línea vertical se colocan los grupos que están en los enlaces que están

en el plano.


proyección de Fischer



configuración absoluta: R-gliceraldehido

5. En la proyección de Fischer el grupo con mayor estado de oxidación se sitúaen el extremo superior ( CH3 > CH2OH > CHO > COOH).

6. Para asignar la configuración R o S se aplican las reglas habituales. Si elgrupo de menor prioridad está situado en la línea vertical la asignación R o Ses directa, si está en horizontal es la contraria a la que se obtiene.

1

2

31

2

3

R

R

SX



configuración absoluta: 2R3R

7. Para pasar a proyección de Fischer una molécula con varios centrosestereogénicos primero hay que eclipsar todos los enlaces.

enlaces alternados enlaces eclipsados Proyección de Fisher

2R 3R

2R3R


!!Los términos D y L no tienen nada que ver con dextrógiro y levógiro!!

CHO

OHH

HHO

OHH

OHH

CH2OH

CHO

OHH

CH2OH

D-(+)-Gliceraldehído

CHO

HHO

CH2OH

L-(-)-Gliceraldehído

D-Glucosa

COOH

HH2N

CH3

L-Alanina

Nomenclatura D y L


Moléculas con tres o más centros estereogénicos

Hexosas: 24 = 16 posibles estereoisómeros

Hexosas de la serie D

alosa altrosa glucosa manosa gulosa idosa galactosa talosa

Epímeros: moléculas que sólo difieren en la configuración de un estereocentro


Estereoquímica de Cicloalcanos

RS (forma meso)

SS RR


Moléculas quirales sin centros estereogénicos: alenos


Se diferencian en el orden en que sus átomos están conectados entre sí

Isómeros

EstereoisómerosIsómeros constitucionales

Idéntica conexión de enlaces. Se diferencian en la forma en que se

disponen sus átomos en el espacio

Compuestos distintos con la misma fórmula molecular

Enantiómeros Diastereómeros

Estereoisómeros queson imagen especular

Estereoisómeros que NOson imagen especular


Resolución de racémicos


Ejercicios de Autoevaluación1

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